DE102017102923B4 - Method and device for determining a fault of a barometric pressure measuring system arranged on board an aircraft - Google Patents

Method and device for determining a fault of a barometric pressure measuring system arranged on board an aircraft Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems, mit folgenden Schritten:- Ermitteln (101) einer aktuellen Position POS(t) und einer Höhe z(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t mittels eines an Bord des Fluggeräts angeordneten Satellitennavigationssystems GNSS;- mittels des Druckmesssystems Ermitteln (102) eines statischen Druckes p(t) und/oder einer Druckhöhe z(t),- für die Position POS(t) in bereitgestellten Wetter-Analysedaten ANoder in bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROGeines numerischen Wetterprognosemodells NWP Ermitteln (103) einer zum statischen Druck p(t) zugeordneten geopotentiellen Höhe z(t), und/oder für die Position POS(t) in den bereitgestellten Wetter-Analysedaten ANoder in den bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROGdes numerischen Wetterprognosemodells NWP Ermitteln (103) eines zur Höhe z(t) zugeordneten statischen Drucks p(t);- Ermitteln (104) der Höhenabweichung ΔZ(t) = z(t) - z(t) und/oder Ermitteln (104) der Druckabweichung Δp(t) = p(t) - p(t);- Ermitteln (105) einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = z(t) - z(t) und/oder Ermitteln (105) einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = p(t) - p(t), wobei ein Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt gilt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist; und- Erzeugen (106) eines Warnsignals sofern ein Fehler erkannt ist.Method for determining a fault of a barometric pressure measuring system arranged on board an aircraft, comprising the following steps: - determining (101) a current position POS (t) and a height z (t) of the aircraft in a geodetic reference system at time t by means of an on board - by means of the pressure measuring system, determining (102) a static pressure p (t) and / or a pressure altitude z (t), - for the position POS (t) in provided weather analysis data AN or in provided weather forecast data PROG of a numerical weather forecasting model NWP determining (103) a geopotential altitude z (t) associated with the static pressure p (t) and / or for the position POS (t) in the provided weather analysis data AN or in the provided weather forecasting data PROG of the numerical weather forecasting model NWP determining (103) a static pressure p (t) associated with the altitude z (t), - determining (104) the altitude a Deviation ΔZ (t) = z (t) - z (t) and / or determining (104) the pressure deviation Δp (t) = p (t) - p (t); - determining (105) averaged over a period Δt Height deviation Δz * from Δz (t) = z (t) -z (t) and / or determining (105) a pressure deviation Δp * averaged over the period Δt from Δp (t) = p (t) -p (t), wherein an error of the pressure measuring system is considered to be recognized when the average height deviation | Δz * | is greater than or equal to a predetermined limit value G1, or if the averaged pressure deviation | Δp * | is greater than or equal to a predetermined limit G2; and - generating (106) a warning signal if an error is detected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems.The invention relates to a method and a device for determining a fault of a barometric pressure measuring system arranged on board an aircraft.

Das barometrische Druckmesssystem eines Fluggeräts dient insbesondere zur Ermittlung der barometrischen Flughöhe zAC(t) (= Druckhöhe) des Fluggeräts, die auf Basis des statischen Drucks pAC(t) auf dem Flugniveau des Fluggeräts in der ungestörten Atmosphäre bestimmt wird. Hierzu wird der statische Druck pAC(t) während des Fluges ermittelt. Die Druckentnahme erfolgt an einer geeigneten Stelle an der Oberfläche des Fluggeräts (der „Druckentnahmestelle für statischen Druck“), die Messung des dort entnommenen Drucks erfolgt mit entsprechenden Drucksensoren. Diese Druckmessung wird durch die Aerodynamik des Fluggeräts und die aktuelle Konfiguration des Fluggeräts, unter anderem als Funktion der Fluggeschwindigkeit (bspw. der Machzahl), gestört.The barometric pressure measuring system of an aircraft is used in particular for determining the barometric altitude z AC (t) (= pressure altitude) of the aircraft, which is determined on the basis of the static pressure p AC (t) at the flight level of the aircraft in the undisturbed atmosphere. For this purpose, the static pressure p AC (t) is determined during the flight. The pressure is taken at a suitable location on the surface of the aircraft (the "pressure point for static pressure"), the measurement of the pressure taken there takes place with appropriate pressure sensors. This pressure measurement is disturbed by the aerodynamics of the aircraft and the current configuration of the aircraft, among other things as a function of the airspeed (eg the Mach number).

Die Flughöhe eines Fluggeräts bestimmt sich dabei typischerweise aus der Messung des statischen Luftdrucks pAC(t) und dessen Umrechnung in eine barometrische Flughöhe zAC(t) auf Basis der ICAO-Standard Atmosphäre (ICAO: „International Civil Aviation Organization“). Je nach aktuellem Wetter weicht der Zustand der lokalen Atmosphäre oft erheblich von der ICAO-Standardatmosphäre ab, so dass auch die ermittelte barometrische Flughöhe zAC(t) des Fluggeräts folglich von einer tatsächlichen geometrischen Flughöhe des Fluggeräts abweichen kann. Die Abweichungen der barometrischen Flughöhe zAC(t) betragen typischerweise ca. +/- 5 - 10 % der geometrischen Flughöhe.The altitude of an aircraft is typically determined from the measurement of the static air pressure p AC (t) and its conversion into a barometric altitude z AC (t) based on the ICAO standard atmosphere (ICAO: "International Civil Aviation Organization"). Depending on the current weather, the state of the local atmosphere often differs significantly from the standard ICAO atmosphere, so that the determined barometric altitude z AC (t) of the aircraft can thus deviate from an actual geometric altitude of the aircraft. The deviations of the barometric altitude z AC (t) are typically about +/- 5 - 10% of the geometric altitude.

Die barometrische Flughöhe zAC(t) ist somit mittels des Druckmesssystems ohne externe Hilfsmittel am Fluggerät ermittelbar und daher traditionell Grundlage der Flugführung. Ohne eine Kalibrierung des Druckmesssystems wären die Messfehler aufgrund der vorstehend angesprochenen Störungen und damit die Genauigkeit der ermittelten barometrischen Flughöhe zAC(t) unakzeptabel. Zu einer genauen barometrischen Höhenbestimmung muss daher die Abweichung einer aktuellen Druckmessung von den Verhältnissen der umgebenden ungestörten Atmosphäre bekannt sein und entsprechend korrigiert werden.The barometric altitude z AC (t) is thus determined by means of the pressure measuring system without external aids on the aircraft and therefore traditionally the basis of flight guidance. Without a calibration of the pressure measuring system, the measurement errors due to the above-mentioned disturbances and thus the accuracy of the determined barometric altitude z AC (t) would be unacceptable. For a precise barometric height determination, therefore, the deviation of a current pressure measurement from the conditions of the surrounding undisturbed atmosphere must be known and corrected accordingly.

Bei der Zulassung eines Fluggeräts wird heute zur Kalibrierung des eingebauten Druckmesssystems eine Vielzahl von Kalibriermessungen am Boden und im Fluge durchgeführt. Dabei werden typischerweise die Messwerte der Sensoren des Druckmesssystems an einem Prototypen des Fluggeräts mit Messungen in der ungestörten Umgebung in gleicher Flughöhe verglichen. Aus der Differenz wird der Druckentnahmefehler ermittelt, der in Form einer Funktion verschiedener Einflussgrößen zur Korrektur verwendet wird. Diese Korrektur wird für einen bestimmten Fluggerätetyp typischerweise einheitlich festgelegt und in einem Luftdatenrechner (Air Data System, ADS) hinterlegt. Dem Luftdatenrechner werden neben der Druckmessung auch weitere relevante Einflussgrößen bereitgestellt.When certifying an aircraft, a variety of ground and in-flight calibration measurements are performed today to calibrate the built-in pressure measurement system. In this case, the measured values of the sensors of the pressure measuring system on a prototype of the aircraft are typically compared with measurements in the undisturbed environment at the same altitude. From the difference of the pressure sampling error is determined, which is used in the form of a function of various factors for correction. This correction is typically determined uniformly for a particular aircraft type and stored in an air data system (ADS). In addition to the pressure measurement, the air data computer also provides other relevant influencing variables.

Üblicherweise bestimmt man diese Korrektur der Druckmessung durch Vergleiche der Messergebnisse des Druckmesssystems mit Referenzmessungen bspw. an einem Turm durch einen sog. „Tower-Flyby“ oder mit Messungen eines entsprechend kalibrierten Vergleichsfluggeräts oder mit Messungen des statischen Luftdrucks in der ungestörten Atmosphäre weit vor (bspw. mit einem Sensor an einem Nasenmast des Fluggeräts) oder hinter dem Fluggerät (mit einer Schleppsonde mit Schleppkegel, sogenannte „Trailing-Cone“-Messung).Usually, this correction of the pressure measurement is determined by comparing the measurement results of the pressure measuring system with reference measurements, for example on a tower by a so-called "tower flyby" or with measurements of a correspondingly calibrated comparison aircraft or with measurements of the static air pressure in the undisturbed atmosphere well in advance (eg with a sensor on a nasal mast of the aircraft) or behind the aircraft (with a towed probe, so-called "trailing cone" measurement).

Eine hinreichend genaue Kalibrierung des Druckmesssystems ist besonders dann wichtig, wenn das Fluggerät in einem Luftraum mit reduzierter vertikaler Staffelung betrieben werden soll, bspw. einem Luftraum, für den sogenannte „Reduced Vertical Separation Minima, RVSM“ gelten. Flüge in derartigen Lufträumen mit reduzierter Höhenstaffelung (RVSM-Lufträume) sind nur dann zulässig, wenn das Fluggerät eine „RVSM-Betriebsgenehmigung“ von der zuständigen Luftfahrt-Behörde erhalten hat. Dafür muss nachgewiesen werden, dass das Druckmesssystem im Einsatzbereich des Fluggeräts unter vorgegebenen Voraussetzungen eine Ermittlung einer barometrischen Flughöhe zAC(t) mit einer vorgegebenen Genauigkeit ermöglicht.A sufficiently accurate calibration of the pressure measuring system is particularly important when the aircraft is to be operated in an airspace with reduced vertical staggering, for example, an airspace, for the so-called "Reduced Vertical Separation Minima, RVSM" apply. Flights in such reduced-altitude airspace spaces (RVSM airspaces) shall only be permitted if the aircraft has received an "RVSM operating license" from the relevant aeronautical authority. For this purpose, it must be demonstrated that the pressure measuring system in the area of use of the aircraft under predetermined conditions, a determination of a barometric altitude z AC (t) with a predetermined accuracy allows.

Zur Bestimmung der erforderlichen Druckkorrektur im Druckmesssystem sind heute aufwändige Flugversuche des zu überprüfenden Fluggeräts, Messungen am Boden, Begleitmessungen im Flug oder die Verfügbarkeit einer experimentellen Zusatzausrüstung am Fluggerät erforderlich.To determine the required pressure correction in the pressure measuring system today expensive flight tests of the aircraft to be tested, measurements on the ground, accompanying measurements in flight or the availability of experimental equipment on the aircraft are required.

Eine bekannte Methode zur Bestimmung der barometrischen Höhe zAC(t) im Flug ist die sogenannte „Blanchard-Methode“. Hierbei wird die Druckdifferenz zwischen diversen Flughöhen aus dem vertikalen Integral der virtuellen Temperatur bestimmt und mit Druckgradienten infolge des geostrophischen Windes korrigiert ( vgl.: Blanchard, R.L., „An Improvement to an Algorithm for Computing Aircraft Reference Altitude“, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-8, No. 5, 1972, Seiten 685-687 ; und Blanchard, R.L., „A new Algorithm for Computing Inertial Altitude and Vertical Velocity“, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-7, Nov. 1971, Seiten 1143-1146 .)A known method for determining the barometric altitude z AC (t) in flight is the so-called "Blanchard method". Here, the pressure difference between various altitudes is determined from the vertical integral of the virtual temperature and corrected with pressure gradients due to the geostrophic wind ( See: Blanchard, RL, "An Improvement to Algorithm for Computing Aircraft Reference Altitude," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-8, no. 5, 1972, pages 685-687 ; and Blanchard, RL, "A New Algorithm for Computing Inertial Altitude and Vertical Velocity," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-7, Nov. 1971, pp. 1143-1146 .)

Zur Überprüfung der Genauigkeit von barometrisch ermittelten Höhen zAC(t) im Flugbetrieb stellen Luftfahrtbehörden oder Service Betreiber (anerkannte „Air Navigation Service Provider“, ANSP) auch sogenannte „Height Monitoring Units = HMU“ zur Durchführung der „HMU-Methode“ oder sogenannte „GPS-based Monitoring Units = GMU“ zur Durchführung der „GMU-Methode“ zur Verfügung. In order to check the accuracy of barometrically determined altitudes z AC (t) during flight operations, aviation authorities or service operators (recognized Air Navigation Service Providers, ANSP) also provide so-called "Height Monitoring Units = HMU" for carrying out the "HMU method" or so-called "GPS-based Monitoring Units = GMU" to carry out the "GMU method" available.

Bei der sogenannten „HMU-Methode“ wird die vom Druckmesssystem des zu prüfenden Fluggeräts ermittelte barometrische Höhe zAC(t) mit einer Höhe aus Vergleichsmessungen verglichen. Dabei kann auch die Blanchard- Methode benutzt werden. Die geometrische Vergleichshöhe des Fluggeräts wird hierbei typischerweise im Beobachtungsbereich einer zughörigen Bodenstation (ca. 40 nautische Meilen um die Bodenstation) mittels einer Langzeitmessung eines Transpondersignals des Fluggeräts und/oder mittels Radar bestimmt. Derartige Vergleichsmessungen sind derzeit jedoch auf ein Höhenband von FL 290 bis FL 410, („FL“ = Flugfläche) begrenzt. Das Fluggerät muss hierbei während der Vergleichsmessung zumindest für 5 Minuten auf konstanter Höhe fliegen. Die HMU-Methode erfordert also die Nutzung zumindest einer HMU-Bodeneinheit, die Durchführung spezieller Kalibrierflüge, teils mit Zusatzausrüstung, und verursacht dementsprechende Zusatzkosten. Dabei ist man typischerweise auf die Dienstleistung eines anerkannten „Air Navigation Service Providers“ angewiesen.In the so-called "HMU method", the barometric height z AC (t) determined by the pressure measuring system of the aircraft to be tested is compared with a height from comparative measurements. The Blanchard method can also be used. The geometrical comparison height of the aircraft is typically in the observation area of an associated ground station (approx. 40 nautical miles around the ground station) by means of a long-term measurement of a transponder signal of the aircraft and / or determined by radar. However, such comparative measurements are currently at a height band of FL 290 to FL 410 , ("FL" = flight area) limited. The aircraft must fly at a constant altitude for at least 5 minutes during the comparison measurement. The HMU method thus requires the use of at least one HMU ground unit, the implementation of special calibration flights, some with additional equipment, and causes corresponding additional costs. One is typically dependent on the service of a recognized "Air Navigation Service Provider".

Bei der „GMU-Methode“ wird typischerweise zur Vergleichsmessung eine portable GMU (GPS-based Monitoring Unit) zur Höhenmessung mittels eines Satellitennavigationssystems GNSS („Global Navigation Satellite System“) an Bord des Fluggeräts genommen. Die Vergleichshöhe wird bspw. anhand von Ballonmessungen und gegebenenfalls anderen meteorologischen Messungen (Temperaturprofiler) bestimmt, mit Wetterdaten aus numerischen Modellen gestützt, und mit den Druckhöhenmessungen anderer Fluggeräte im gleichen Luftraum abgeglichen.In the "GMU method", a portable GPS (GPS-based Monitoring Unit) for altitude measurement is typically taken on board the aircraft by means of a GNSS satellite navigation system ("Global Navigation Satellite System"). The comparison height is determined, for example, on the basis of balloon measurements and possibly other meteorological measurements (temperature profiler), supported with weather data from numerical models, and compared with the pressure altitude measurements of other aircraft in the same airspace.

Neben der Ermittlung der für die Flugführung wesentlichen barometrischen Flughöhe zAC(t) ist der möglichst genau ermittelte statische Druck pAC(t) weiterhin wichtig, um aus den Messungen des Gesamtdrucks („Total Air Pressure“) auf den dynamischen Druck und somit auf die Fluggeschwindigkeit (bspw. Machzahl) zu schließen. Fehler der statischen Druckmessung wirken sich so unmittelbar auf Fehler bei der Ermittlung des dynamischen Drucks aus. Auch die Bestimmung der statischen Temperatur aus der Messung der Temperatur Tstau in der gestauten Luft am Fluggerät setzt die genaue Kenntnis des statischen und dynamischen Drucks voraus.In addition to the determination of the essential for the flight guidance barometric altitude z AC (t) of the most accurately determined static pressure p AC (t) is still important to from the measurements of the total pressure ("Total Air Pressure") on the dynamic pressure and thus on to close the airspeed (eg Mach number). Faults in the static pressure measurement thus have an immediate effect on errors in the determination of the dynamic pressure. The determination of the static temperature from the measurement of the temperature T stau in the jammed air at the aircraft requires the exact knowledge of the static and dynamic pressure.

Die im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Fehlererkennung bei barometrischen Druckmesssystemen weisen den Nachteil auf, dass sie typischerweise Flugversuche erfordern und kosten- und zeitaufwendig sind. Sie machen insbesondere kleinere Änderungen am Fluggerät, wie temporäre An-/Abbauten am Fluggerät teuer, zeitaufwendig und schwierig, da diese die Aerodynamik des Fluggeräts ändern und somit eine erneute Kalibrierung des Druckmesssystems erfordern. Weiterhin nachteilig am Stand der Technik ist, dass im Flug weder der Pilot noch die Flugüberwachung eine einfache Möglichkeit haben, die Funktion und Genauigkeit des vom Druckmesssystem ermittelten barometrischen Drucks pAC(t) und der barometrischen Flughöhe zAC(t) zu überwachen und entsprechende Trends der Genauigkeit zu ermitteln. Daher muss im Stand der Technik die Funktion und die Genauigkeit des Druckmesssystems regelmäßig aufwendig überprüft werden. Dabei kann eine Überprüfung von Komponenten des Druckmesssystems am Boden die Genauigkeit des Druckmesssystems im Flugbetrieb nur unvollständig sicherstellen.The methods known in the prior art for detecting errors in barometric pressure measuring systems have the disadvantage that they typically require flight tests and are expensive and time-consuming. In particular, they make minor changes to the aircraft, such as temporary on / off the aircraft expensive, time consuming and difficult, as they change the aerodynamics of the aircraft and thus require a recalibration of the pressure measuring system. Another disadvantage of the prior art is that in flight neither the pilot nor the flight monitoring have an easy way to monitor the function and accuracy of the pressure measurement system determined by the barometric pressure p AC (t) and the barometric altitude z AC (t) and corresponding Determine trends of accuracy. Therefore, in the prior art, the function and the accuracy of the pressure measuring system must be regularly checked consuming. In this case, a check of components of the pressure measuring system on the ground to ensure the accuracy of the pressure measuring system in flight only incomplete.

Aus der US 2014 / 0 174 175 A1 ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung einer Höhe eines Terminals bekannt, wobei bei der Messung ein Höhenfehler auf Basis von zeitlichen und räumlichen Änderungen korrigiert wird. Die offenbarte Vorrichtung umfasst eine im Terminal angeordnete Einheit zur Messung des atmosphärischen Drucks, eine im Terminal angeordnete Einheit zur Erfassung der Position des Terminals sowie eine Kontrolleinheit. Die Kontrolleinheit ist dazu eingerichtet, einen Referenzatmosphärendruck auf Basis von zuvor empfangenen Referenzatmosphärendrucken zu schätzen. Weiterhin ist die Kontrolleinheit dazu eingerichtet, eine aktuelle Höhe basierend auf dem geschätzten Referenzatmosphärendruck und dem aktuell gemessenen Atmosphärendruck zu ermitteln.From the US 2014/0174175 A1 a device and a method for measuring a height of a terminal is known, wherein the measurement of a height error is corrected on the basis of temporal and spatial changes. The disclosed apparatus comprises an atmospheric pressure measuring unit disposed in the terminal, a terminal-detecting unit for detecting the position of the terminal, and a control unit. The control unit is configured to estimate a reference atmospheric pressure based on previously received reference atmospheric pressures. Furthermore, the control unit is configured to determine a current altitude based on the estimated reference atmospheric pressure and the currently measured atmospheric pressure.

Aus der US 2015 / 0 247 917 A1 ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines Höhenmessers einer mobilen Einheit bekannt. Aus der US 6.970,795 B1 ist ein Verfahren zur Schätzung einer Höhe bekannt, wobei das Verfahren auf einem generierten Drift-Fehlermodell basiert. Aus der US 2014 / 0 114 624 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Atmosphärenmodell basierend auf Druck- und Positionsmessdaten eines mobilen Geräts ermittelt wird. Aus der US 2016 / 0 047 648 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Atmosphärendruckes bekannt, wobei von einer mobilen Einheit der barometrische Druck gemessen und basierend auf diesen Messungen ein aktueller barometrischer Druck ermittelt wird.From the US 2015/0 247 917 A1 For example, a method of calibrating a mobile device altimeter is known. From the US 6,970,795 B1 For example, a method for estimating a height is known, the method being based on a generated drift error model. From the US 2014/0 114 624 A1 For example, a method is known in which an atmosphere model is determined based on pressure and position measurement data of a mobile device. From the US 2016/0 047 648 A1 a method for determining an atmospheric pressure is known, wherein measured by a mobile unit, the barometric pressure and based on these measurements, a current barometric pressure is determined.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, mit dem/der ein Fehler eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems einfach, auch während des Fluges ermittelbar ist. Dabei sollen weiterhin die genannten Nachteile vermieden werden.The object of the invention is therefore to provide a method and a device, with the / a fault of an aboard an aircraft arranged barometric pressure measuring system easy, even during the flight determined is. In addition, the mentioned disadvantages should be avoided.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims. Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description, as well as the explanation of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems, mit folgenden Schritten. In einem ersten Schritt erfolgt ein Ermitteln einer aktuellen Position POSGNSS(t) und einer Höhe zGNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t mittels eines an Bord des Fluggeräts angeordneten Satellitennavigationssystems GNSS. In einem zweiten Schritt erfolgt mittels des Druckmesssystems ein Ermitteln eines statischen Druckes pAC(t) und/oder einer Druckhöhe zAC(t). In einem dritten Schritt erfolgt für die Position POSGNSS(t) in bereitgestellten Wetter-Analysedaten ANDAT oder in bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP ein Ermitteln einer zum statischen Druck pAC(t) zugeordneten geopotentiellen Höhe zAN/PROG(t). A first aspect of the invention relates to a method for determining a fault of a barometric pressure measuring system arranged on board an aircraft, comprising the following steps. In a first step, a determination is made of a current position POS GNSS (t) and a height z GNSS (t) of the aircraft in a geodetic reference system at time t by means of a satellite navigation system GNSS arranged on board the aircraft. In a second step, the pressure measuring system is used to determine a static pressure p AC (t) and / or a pressure altitude z AC (t). In a third step, for the position POS GNSS (t) in provided weather analysis data AN DAT or in weather forecast data PROG DAT of a numerical weather forecast model NWP, a determination is made of a geopotential height z AN / PROG associated with the static pressure p AC (t) (t).

Alternativ oder zusätzlich erfolgt für die Position POSGNSS(t) in den bereitgestellten Wetter-Analysedaten ANDAT oder in den bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROGDAT des numerischen Wetterprognosemodells NWP ein Ermitteln eines zur Höhe zGNSS(t) zugeordneten statischen Drucks pAN/PROG(t). In einem vierten Schritt erfolgt ein Ermitteln der Höhenabweichung ΔZ(t) = zGNSS(t) - zAN/PROG(t) und/oder ein Ermitteln der Druckabweichung Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t). In einem fünften Schritt erfolgt ein Ermitteln einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus ΔZ(t) = zGNSS(t)-zAN/PROG(t) und/oder ein Ermitteln einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t), wobei ein Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt gilt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist. In einem sechsten Schritt erfolgt ein Erzeugen eines Warnsignals sofern ein Fehler erkannt ist.Alternatively or additionally, for the position POS GNSS (t) in the provided weather analysis data AN DAT or in the weather forecast data PROG DAT of the numerical weather forecast model NWP, a determination is made of a static pressure p AN / PROG associated with the height z GNSS (t) (t). In a fourth step, the height deviation ΔZ (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) is determined and / or the pressure deviation Δp (t) = p AC (t) -p AN / PROG ( t). In a fifth step, a determination of a height deviation Δz * averaged over a period Δt from ΔZ (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) and / or determination of a pressure deviation Δp * averaged over the period Δt takes place Δp (t) = p AC (t) -p AN / PROG (t), where an error of the pressure measuring system is considered to be detected when the average height deviation | Δz * | greater than or equal to a predetermined limit G1 or if the averaged pressure deviation | Δp * | greater than or equal to a predetermined limit G2 is. In a sixth step, a warning signal is generated if an error is detected.

Der Begriff „Fluggerät“ wird vorliegend weit gefasst verstanden. Er umfasst alle Vorrichtungen, die innerhalb einer Planetenatmosphäre (insbesondere der Erdatmosphäre) fliegen oder fahren, insbesondere Fluggeräte, die leichter als das Medium der Atmosphäre (bspw. Luft) sind: Freiballone, Fesselballone, Heißluftballone, Luftschiffe, etc., sowie Fluggeräte, die schwerer als das Medium der Atmosphäre sind: Segelfluggeräte, Hängegleiter, Gleitschirme, Drehflügler, Drohnen, Militärflugzeuge, Transportflugzeuge, Passagierflugzeuge, Sportflugzeuge, Ultraleichtflugzeuge, etc..The term "aircraft" is understood in the present case broadly. It includes all devices that fly or drive within a planetary atmosphere (in particular the Earth's atmosphere), in particular aircraft that are lighter than the medium of the atmosphere (eg air): free balloons, tethered balloons, hot air balloons, airships, etc., as well as aircraft that heavier than the medium of the atmosphere are: gliders, hang gliders, paragliders, rotary-wing aircraft, drones, military aircraft, transport aircraft, passenger aircraft, sports aircraft, ultralight aircraft, etc ..

Das „barometrische Druckmesssystem“ umfasst vorteilhaft Leitungen zu Messpunkten am Fluggerät, bspw. Druckleitungen zur Entnahme des statischen Drucks, zur Entnahme des Gesamtdrucks, zur Entnahme eines Differenzdrucks, weiterhin vorteilhaft elektrische Leitungen zu Messsensoren bspw. für Drucke, Lufttemperatur und/oder Luftfeuchte, eine Auswerteeinrichtung (bspw. ADC = „Air Data Computer“) sowie eine elektrische Schnittstelle zur Bereitstellung der ermittelten Messdaten, insbesondere des statischen Druckes pAC(t) und der Druckhöhe zAC(t). Kalibrierkurven bzw. Kalibrierparameter zur Ermittlung des statischen Druckes pAC(t) und der Druckhöhe zAC(t) bzw. weiterer Messdaten werden dabei von der Auswerteeinrichtung berücksichtigt. Die Druckleitungen müssen dicht sein. Leckagen bzw. Undichtigkeiten des Druckleitungssystems erzeugen Fehlmessungen.The "barometric pressure measuring system" advantageously comprises lines to measuring points on the aircraft, for example, pressure lines for removing the static pressure, for removing the total pressure, for taking a differential pressure, further advantageous electrical lines to measuring sensors eg. For prints, air temperature and / or humidity, a Evaluation device (eg ADC = "Air Data Computer") and an electrical interface for providing the determined measurement data, in particular the static pressure p AC (t) and the pressure level z AC (t). Calibration curves or calibration parameters for determining the static pressure p AC (t) and the pressure level z AC (t) or other measurement data are taken into account by the evaluation device. The pressure lines must be tight. Leaks or leaks in the pressure line system produce incorrect measurements.

Der Begriff „Fehler“ wird vorliegend weit gefasst verstanden, er umfasst grundsätzlich jeden Fehler des Druckmesssystems, der sich auf die Messgrößen: statischer Luftdruck pAC(t) und/oder barometrische Höhe zAC(t) des Druckmesssystems auswirkt. Derartige Fehler können beispielsweise durch eine fehlerhafte Kalibrierung des Druckmesssystems, einen fehlerhaften Sensor innerhalb des Druckmesssystems, Leckagen / Undichtigkeiten des Druckmesssystems oder eine fehlerhafte Elektronik des Druckmesssystems verursacht werden.The term "error" is understood broadly in this case, it basically includes any error of the pressure measuring system, which affects the measured variables: static air pressure p AC (t) and / or barometric height z AC (t) of the pressure measuring system. Such errors can be caused for example by an incorrect calibration of the pressure measuring system, a faulty sensor within the pressure measuring system, leaks / leaks in the pressure measuring system or faulty electronics of the pressure measuring system.

Das „Satellitennavigationssystem GNSS“ ist vorteilhaft ein GPS-, oder Galileo-, oder ein GLONASS-basiertes Navigationssystem, mittels dem die aktuelle Position POSGNSS(t) (Lage auf der Erdoberfläche, bspw. als x-y-Koordinaten) und Höhe zGNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zeitabhängig ermittelbar ist. Natürlich sind andere Satellitennavigationssysteme GNSS von dem Erfindungsgedanken mit eingeschlossen.The "GNSS satellite navigation system" is advantageously a GPS, or Galileo, or a GLONASS-based navigation system, by means of which the current position POS GNSS (t) (position on the earth's surface, for example as xy coordinates) and height z GNSS ( t) of the aircraft in a geodetic reference system can be determined time-dependent. Of course, other GNSS satellite navigation systems are included within the scope of the invention.

Vorteilhaft wird als Satellitennavigationssystem GNSS auf dem Fluggerät ein differentielles Satellitennavigationssystem (beispielsweise ein DGPS) eingesetzt. Mit einem solchen differentiellen Satellitennavigationssystem sind aktuell Höhenmessungen für zGNSS(t) mit einer Genauigkeit von ca. 0,2 m und Positionsmessungen für POSGNSS(t) mit einer Auflösung von ca. 0,3 m möglich.Advantageously, the satellite navigation system GNSS on the aircraft a differential satellite navigation system (for example, a DGPS) is used. With such a differential satellite navigation system, height measurements for z GNSS (t) with an accuracy of approx. 0.2 m and position measurements for POS GNSS (t) with a resolution of approx. 0.3 m are currently possible.

Der Begriff „geodätisches Referenzsystem“ bezeichnet vorliegend ein Erdmodell, das vorteilhaft die wichtigsten Parameter der Erdfigur, der Erdrotation und des Schwerefeldes berücksichtigt. Vorteilhaft ist das geodätische Referenzsystem das WGS84 (mit dem Gravitationsmodell EGM96 oder EGM2008) oder das ETRS89 Referenzsystem. Natürlich sind andere geodätische Referenzsysteme von dem Erfindungsgedanken mit eingeschlossen.The term "geodetic reference system" refers in this case an earth model, which advantageously the most important parameters of the earth figure, the Earth rotation and the gravity field considered. Advantageously, the geodetic reference system is the WGS84 (with the gravity model EGM96 or EGM2008) or the ETRS89 reference system. Of course, other geodetic reference systems are included within the spirit of the invention.

In dem zweiten Schritt erfolgt mittels des Druckmesssystems das zeitabhängige Ermitteln des statischen Druckes pAC(t) und/oder der Druckhöhe zAC(t). Dabei gehen für das Druckmesssystem vorgegebene aktuelle Kalibrierparameter bzw. Kalibrierkurven etc. in die Ermittlung Druckes pAC(t) und der Druckhöhe zAC(t) ein.In the second step, the time-dependent determination of the static pressure p AC (t) and / or the pressure level z AC (t) takes place by means of the pressure measuring system. For the pressure measuring system, preset calibration parameters or calibration curves, etc. are entered into the determination of pressure p AC (t) and the pressure altitude z AC (t).

In dem dritten Schritt werden Wetter-Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP bereitgestellt, um für die Positionen POSGNSS(t) zu den gemessenen statischen Drücken pAC(t) zugeordnete geopotentielle Höhen zAN/PROG(t) und/oder für Positionen POSGNSS(t) zu den ermittelten Höhen zGNSS(t) zugeordnete statische Drücke pAN/PROG(t) zu ermitteln.In the third step, weather analysis data AN DAT or weather forecast data PROG DAT of a weather forecasting numerical model NWP is provided to obtain geopotential heights z AN / PROG (t) associated with the positions POS GNSS (t) at the measured static pressures p AC (t) ) and / or for positions POS GNSS (t) to the determined heights z GNSS (t) to determine static pressures p AN / PROG (t).

Den Wetter-Analysedaten ANDAT und Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP wird hierzu ein Zusammenhang zwischen geopotentiellen Höhen zAN/PROG(t) und zugeordneten barometrischen Druckflächen pAN/PROG(t) entnommen. Die Analysedaten ANDAT für ein an einem Zeitpunkt t1 und einer Position POSGNSS(t1) herrschendes Wetter sind erst zu einer Zeit t1 + Δtanalyse verfügbar, wobei Δtanalyse eine für die Analyse der zur Zeit t1 erfassten Wetterdaten und die Bereitstellung der entsprechenden Analysedaten ANDAT erforderliche Zeitspanne angibt. Analysedaten ANDAT eignen sich daher insbesondere zur nachträglichen Auswertung von Messdaten, die während eines Fluges vom Druckmesssystem ermittelt wurden. Typischerweise weisen die aus Analysedaten ANDAT ermittelten geopotentiellen Höhen zAN(t) und statischen Drücke pAN(t) auch eine höhere Genauigkeit auf, als die aus Wetter-Prognosedaten PROGDAT ermittelten geopotentiellen Höhen zPROG(t) und statischen Drücke pPROG(t).The weather analysis data AN DAT and weather forecast data PROG DAT a numerical weather forecast model NWP this is a relationship between geopotential altitudes z AN / PROG (t) and associated barometric pressure surfaces p AN / PROG (t) taken. The analysis data AN DAT for a weather prevailing at a time t 1 and a position POS GNSS (t 1 ) are only available at a time t 1 + Δt analysis , where Δt analysis is one for the analysis of the weather data acquired at time t 1 and Provide the appropriate analysis data indicating time required for AN DAT . Analysis data AN DAT are therefore particularly suitable for the subsequent evaluation of measurement data obtained during a flight from the pressure measurement system. Typically, the geopotential heights z AN (t) and static pressures p AN (t) determined from analysis data AN DAT also have a higher accuracy than the geopotential altitudes z PROG (t) and static pressures p PROG determined from weather forecast data PROG DAT (t).

Vorteilhaft berücksichtigt das Wetterprognosemodell NWP zur Erzeugung der Wetter-Prognosedaten PROGDAT eine von der Position POS (auf der Erdoberfläche) und Höhe h abhängige Erdbeschleunigung g = g(POS, h), sowie eine Geoid-Undulation. Die „Geoid-Undulation“ bezeichnet einen Abstand des Geoids von einem Bezugsellipsoid im betrachteten Ellipsoidpunkt, gemessen entlang der Ellipsoidnormalen. Bezüglich eines mittleren Referenzellipsoids für die Erde können Geoid-Undulationen bis ca. 100 m betragen.Advantageously, the weather forecast model NWP takes into account, for generating the weather forecast data PROG DAT, a gravitational acceleration g = g (POS, h) dependent on the position POS (on the earth's surface) and altitude h, as well as a geoid undulation. The "Geoid Undulation" refers to a distance of the geoid from a reference ellipsoid in the observed ellipsoid point, measured along the ellipsoid normal. With regard to a mean reference ellipsoid for the earth, geoid undulations can amount to about 100 m.

Weiterhin vorteilhaft weist das numerische Wetterprognosemodell NWP Modelldruckflächen pk auf, für welche bspw. prognostische Gleichungen für die Temperatur, Feuchte etc. gelöst werden, so dass Prognosedaten PROGRAWDAT(t) zunächst für die Modelldruckflächen pk vorliegen. Zur Ermittlung der Wetter-Prognosedaten PROGDAT(t) werden die Prognosedaten PROGRAWDAT(t) vorteilhaft linear in der Zeit t und linear in geographischen Koordinaten und logarithmisch im Druckfeld hinsichtlich der Position POSGNSS(t) des Fluggeräts zwischen Modell-Halbdruckflächen pk+1/2 = ak+1/2 + bk+1/2*psfc interpoliert, mit:

  • k = 0,...,K;
  • Pk+1/2 = 0 für k= 0;
  • psfc: statischer Druck am Boden für k=K; und
  • ak+1/2, bk+1/2 konstante Koeffizienten.
Further advantageously, the numerical weather forecast model NWP model pressure surfaces p k , for which, for example, prognostic equations for temperature, humidity, etc. are solved, so that prognosis data PROG RAWDAT (t) initially for the model pressure surfaces p k are present. To determine the weather forecast data PROG DAT (t), the forecast data PROG RAWDAT (t) advantageously linear in time t and linear in geographic coordinates and logarithmic in the pressure field with respect to the position POS GNSS (t) of the aircraft between model half-pressure surfaces p k +1/2 = a k + 1/2 + b k + 1/2 * p sfc interpolated, with:
  • k = 0, ..., K;
  • P k + 1/2 = 0 for k = 0;
  • p sfc : static pressure at the bottom for k = K; and
  • a k + 1/2 , b k + 1/2 constant coefficients.

Zur Definition von Modelldruckflächen in einem numerischen Wetterprognosemodell NWP wird auf den Artikel von Simmons, A. and Burridge, D. M., „An Energy and Angular-Momentum Conserving Vertical Finite-Difference Scheme and Hybrid Vertical Coordinate“ Mon. Wea. Rev., Vol. 109, No. April 1981, Seiten: 758-766 verwiesen. Andere numerische Verfahren nutzen unstrukturierte Netze, Finite Elemente oder andere diskrete Approximationen der berechneten Feldgrößen. Diese erfordern angepasste optimierte Interpolationsverfahren.For the definition of model printing surfaces in a numerical weather forecast model NWP is referred to the article of Simmons, A. and Burridge, DM, "An Energy and Angular-Momentum Conserving Vertical Finite-Difference Scheme and Hybrid Vertical Coordinate" Mon. Wea. Rev., Vol. 109, no. April 1981, pages: 758-766 directed. Other numerical methods use unstructured meshes, finite elements, or other discrete approximations of calculated field sizes. These require adapted optimized interpolation methods.

Die vorstehenden vorteilhaften Merkmale des Wetterprognosemodells NWP führen zu einer Erhöhung der Genauigkeit, mit der die Größen: zAN/PROG(t) und pAN/PROG(t) ermittelbar sind. Wegen der höheren Genauigkeit kurzfristiger Prognosen, werden vorteilhaft Wetter-Prognosedaten PROGDAT(t) für einen Prognosezeitraum von weniger als zwei Tagen verwendet.The above advantageous features of the weather forecast model NWP lead to an increase in the accuracy with which the quantities: z AN / PROG (t) and p AN / PROG (t) can be determined. Because of the higher accuracy of short-term forecasts, weather forecast data PROG DAT (t) is advantageously used for a forecast period of less than two days.

Vorteilhaft wird als Wetterprognosemodell NWP das sogenannte „Integrated Forecast System“ (IFS) des ECMWF („European Centre for Medium-Range Weather Forecasts“) verwendet. Natürlich sind andere Wetterprognosemodelle vom Erfindungsgedanken mit umfasst.The weather forecast model NWP advantageously uses the so-called "Integrated Forecast System" (IFS) of the ECMWF ("European Center for Medium-Range Weather Forecasts"). Of course, other weather forecasting models are included in the spirit of the invention.

In dem vierten Schritt erfolgt das Ermitteln der Höhenabweichung Δz(t) = zGNSS(t)-zAN/PROG(t) und/oder das Ermitteln der Druckabweichung Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t).In the fourth step, the height deviation Δz (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) is determined and / or the pressure deviation Δp (t) = p AC (t) -p AN / PROG ( t).

In dem fünften Schritt erfolgt das Ermitteln der über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus ΔZ(t) = zGNSS(t) - zAN/PROG(t) und/oder das Ermitteln der über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t), wobei ein Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt gilt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist.In the fifth step, the determination of the height deviation .DELTA.z * averaged over a period .DELTA.t takes place from .DELTA.Z (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) and / or the determination of the pressure deviation .DELTA.p * averaged over the time interval .DELTA.t Δp (t) = p AC (t) - p AN / PROG (t), where an error of the pressure measuring system is considered to be recognized when the averaged height deviation | Az * | greater than or equal to a predetermined limit G1 or if the averaged pressure deviation | Δp * | greater than or equal to a predetermined limit G2 is.

Die Höhenabweichung Δz* ergibt sich vorteilhaft bspw. als Mittelwert <Δz(t)> oder als Differenz der Mittelwerte <zGNSS(t)> - <zAN/PROG(t)> für den Zeitraum Δt. Analog ergibt sich die Druckabweichung Δp* bspw. als Mittelwert <Δp(t)> oder als Differenz der Mittelwerte <pAC(t)> - <pAN/PROG(t)>. Vorteilhaft erfolgt die jeweilige Mittelwertbildung nur für Flugabschnitte mit einer konstanten Flughöhe und Fluggeschwindigkeit. Weiterhin vorteilhaft werden auf diesen Flugabschnitten keine Flugmanöver, wie bspw. Kurvenflüge, durchgeführt. Der Zeitraum Δt wird vorteilhaft aus dem Bereich [1 min, 10 h] gewählt, er beträgt vorteilhaft 10 min, 20 min, 30 min, 1 h, 2 h, 3 h, 4 h oder 5 h. Vorteilhaft werden für diesen Zeitraum Δt gleitende Mittelwerte ermittelt. Der Mittelwert kann auf verschiedenste Arten ermittelt werden. So kann der Mittelwert beispielsweise ein Median, ein arithmetisches Mittel, ein geometrisches Mittel, ein harmonisches Mittel, ein quadratisches Mittel oder ein kubisches Mittel etc. sein. Der Mittelwert kann weiterhin gewichtet sein.The height deviation .DELTA.z * is advantageously obtained, for example, as the mean value .DELTA.z (t) or as the difference of the mean values .z GNSS (t) .about.Z AN / PROG (t) for the period .DELTA.t. Analogously, the pressure deviation Dp results * for example as mean <Ap (t)> or as a difference between the averages <p AC (t)> -. <P ON / PROG (t)>. Advantageously, the respective averaging takes place only for flight sections with a constant flight altitude and airspeed. Furthermore, no flight maneuvers, such as, for example, turn flights, are advantageously carried out on these flight sections. The period Δt is advantageously selected from the range [1 min, 10 h], it is advantageously 10 min, 20 min, 30 min, 1 h, 2 h, 3 h, 4 h or 5 h. Advantageously, Δt moving averages are determined for this period. The mean value can be determined in a variety of ways. Thus, the mean may be, for example, a median, an arithmetic mean, a geometric mean, a harmonic mean, a quadratic mean, or a cubic mean, etc. The mean can still be weighted.

Bereits heute ist es mit dem vorgeschlagenen Verfahren möglich, auf Basis der Wetter-Analysedaten ANDAT oder der Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP die Druck- und Höhenmessungen an einem Fluggerät im Bereich der global verfügbaren Wetterdaten mit einer Genauigkeit von besser als +/-10 m oder +/-30 Fuß im 95%-Vertrauensintervall zu verifizieren.Already today it is possible with the proposed method, based on the weather analysis data AN DAT or the weather forecast data PROG DAT a numerical weather forecast model NWP the pressure and altitude measurements on an aircraft in the range of globally available weather data with an accuracy of better than + / -10 m or +/- 30 feet in the 95% confidence interval.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die Überwachung der Funktion und der Genauigkeit des Druckmesssystems im Flugbetrieb. Die Ergebnisse dieser Überwachung können sowohl im Fluggerät ausgegeben werden und/oder an eine Bodenstation übertragen und dort ausgegeben werden.The proposed method allows the monitoring of the function and accuracy of the pressure measuring system in flight mode. The results of this monitoring can be output both in the aircraft and / or transmitted to a ground station and output there.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass sofern die Höhenabweichung |Δz(t)| oder |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die Druckabweichung |Δp(t)| oder |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist, ein Warnsignal erzeugt wird. Dieses Warnsignal ist vorteilhaft ein elektrisches Warnsignal, das insbesondere eine Ausgabe einer optisch, haptisch und/oder akustisch wahrnehmbaren Warnung triggern kann.An advantageous development of the proposed method is characterized by the fact that the height deviation | Δz (t) | or | Δz * | greater than or equal to a predetermined limit G1 is, or if the pressure deviation | Δp (t) | or | Δp * | greater than or equal to a predetermined limit G2 is, a warning signal is generated. This warning signal is advantageously an electrical warning signal which can in particular trigger an output of an optically, haptically and / or audibly perceptible warning.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Warnsignal an Bord des Fluggeräts als optisches, haptisches und/oder akustisches Warnsignal ausgegeben, und/oder an eine Bodenstelle übermittelt, um dort weiterverarbeitet und/oder als optisches, haptisches und/oder akustisches Warnsignal ausgegeben zu werden.In an advantageous embodiment of the method, the warning signal is output on board the aircraft as optical, haptic and / or audible warning signal, and / or transmitted to a ground location to be further processed there and / or output as an optical, haptic and / or audible warning ,

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass basierend auf der Höhenabweichung Δz(t) oder Δz* und/oder der Druckabweichung Δp(t) oder Δp* eine Kalibrierung des Druckmesssystems, vorteilhaft eine automatisierte Selbstkalibrierung des Druckmesssystems durchführt wird. Die Kalibrierung des Druckmesssystems erfolgt beispielsweise nach einem Flug für den die entsprechenden Daten ermittelt wurden. Vorteilhaft erfolgt eine automatische Selbstkalibrierung des Druckmesssystems während eines Fluges. Vorteilhaft wird dabei die automatische Selbstkalibrierung dann getriggert, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G3 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G4 ist. Durch die Selbstkalibrierung wird die Genauigkeit der vom Druckmesssystem ermittelten Größen während des Fluges robuster.An advantageous development of the method is characterized in that, based on the height deviation Δz (t) or Δz * and / or the pressure deviation Δp (t) or Δp *, a calibration of the pressure measuring system, advantageously an automated self-calibration of the pressure measuring system is performed. The calibration of the pressure measuring system takes place, for example, after a flight for which the corresponding data were determined. Advantageously, an automatic self-calibration of the pressure measuring system takes place during a flight. Advantageously, the automatic self-calibration is then triggered when the average height deviation | Δz * | greater than or equal to a predetermined limit G3 or if the averaged pressure deviation | Δp * | greater than or equal to a predetermined limit G4 is. The self-calibration makes the accuracy of the variables determined by the pressure measuring system more robust during the flight.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass auf Basis eines elektrischen Zustands ZUSTelek(t) des Druckmesssystems sowie auf Basis einer oder mehrerer der Größen: Δz(t), zAC(t), zGNSS(t), zAN/PROG(t), Δp(t), pAC(t), pAN/PROG(t), Gesamtdruck pstau(t), Staupunkttemperatur Tstau(t) sowie ggf. weiterer Größen eine automatisierte Auswertung beispielsweise hinsichtlich eines Sensorfehlers, eines elektrischen Fehlers, oder eines Leitungsbruchs/Leckage einer Druckleitung des Druckmesssystems erfolgt. Wird bei der Auswertung einer der vorstehend beschriebenen Fehler ermittelt, wird dieser vorteilhaft entsprechend optisch und/oder akustisch spezifisch ausgegeben, d.h. je nach Art des Fehlers wird ein Sensorfehler oder ein elektrischer Fehler oder ein Leitungsbruch im Druckmesssystem vorteilhaft im Fluggerät und/oder an einer mit dem Fluggerät in Verbindung stehenden Bodeneinheit angezeigt.An advantageous development of the method is characterized in that based on an electrical state ZUST elek (t) of the pressure measuring system and on the basis of one or more of the variables: .DELTA.z (t), z AC (t), z GNSS (t), z AN / PROG (t), Δp (t), p AC (t), p AN / PROG (t), total pressure p congestion (t), stagnation point temperature T congestion (t) and possibly other variables an automated evaluation, for example with respect to a Sensor error, an electrical fault, or a line break / leakage of a pressure line of the pressure measuring system takes place. If, during the evaluation, one of the faults described above is determined, this is advantageously output correspondingly visually and / or acoustically specifically, ie, depending on the type of fault, a sensor error or an electrical fault or line break in the pressure measuring system is advantageous in the aircraft and / or at one with the ground unit associated with the aircraft.

Vorteilhaft wird bei einer Kalibrierung des Druckmesssystems, insbesondere bei der automatisierten Selbstkalibrierung des Druckmesssystems, ein Zustand ZUST(t) des Fluggeräts berücksichtigt. Hierzu wird der Zustand ZUST(t) des Fluggeräts mittels entsprechender Sensoren erfasst und bereitgestellt. Der Begriff „Zustand des Fluggeräts“ wird vorliegend weit gefasst verstanden. Er umfasst insbesondere den aerodynamischen Zustand sowie den mechanischen Konfigurationszustand des Fluggeräts.In a calibration of the pressure measuring system, in particular in the automated self-calibration of the pressure measuring system, a condition ZUST (t) of the aircraft is advantageously taken into account. For this purpose, the state ZUST (t) of the aircraft is detected and provided by means of corresponding sensors. The term "state of the aircraft" is understood in the present case broadly. In particular, it includes the aerodynamic state and the mechanical configuration state of the aircraft.

Vorteilhaft wird der Zustand ZUST(t) des Fluggeräts durch eine oder mehrere der folgenden Größen bestimmt: Machzahl, Anstellwinkel, Gierwinkel, Rollwinkel, Gewicht des Fluggeräts, Konfiguration des Fluggeräts hinsichtlich seiner äußeren Form (beispielsweise durch temporär vorhandene Außenanbauten am Fluggerät, wie Antennen, aerodynamische Verkleidungen für Messsysteme (Radar, LIDAR etc.)), Klappenstellung, und/oder Fahrwerksstellung. Die Konfiguration des Fluggeräts hinsichtlich seiner äußeren Form kann beispielsweise in Form von vorgegebenen bzw. abgespeicherten Kennzahlen berücksichtigt werden.Advantageously, the state ZUST (t) of the aircraft is determined by one or more of the following parameters: Mach number, angle of attack, yaw angle, roll angle, weight of the aircraft, configuration of the aircraft with respect to its outer shape (For example, by temporarily existing external attachments on the aircraft, such as antennas, aerodynamic panels for measuring systems (radar, LIDAR, etc.)), flap position, and / or chassis position. The configuration of the aircraft with regard to its external shape can be taken into account, for example, in the form of predefined or stored key figures.

Das vorgeschlagene Verfahren hat folgende Vorteile. Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt die Aussage, ob die Kalibrierung des Druckmesssystems in vorgegebenen Grenzen liegt oder ob sie korrigiert werden muss. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht weiterhin eine Kalibrierung des Druckmesssystems als Funktion der vorstehend angegebenen Parameter sowohl während des Flugbetriebs als auch nach bzw. vor weiteren Flugeinsätzen. Das Verfahren ermöglicht insbesondere eine permanente Qualitätsüberwachung des Druckmesssystems im operationellen Flugbetrieb. So kann durch das Verfahren während des gesamten Fluges über alle Höhenbereiche die Funktion des barometrischen Höhenmessers überprüft werden. Die Überprüfung kann zeitgleich auch am Boden erfolgen oder das Überwachungsergebnis kann an eine entsprechende Bodenstelle übertragen werden. So kann beispielsweise die Luftaufsicht (Flugverkehrskontrolle) darüber informiert werden, dass die Höhenangaben des Fluggeräts unzuverlässig sind, so dass entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden können. Die für das Verfahren benötigten numerischen Daten (Analysedaten ANDAT / Wetter-Prognosedaten PROGDAT(t)) stehen derzeit zumindest alle 12 Stunden aufgrund von Wettervorhersagen auch für Tage voraus, also auch für den Zeitraum eines bevorstehenden Fluges und rechtzeitig vor dem Start, zur Verfügung.The proposed method has the following advantages. The proposed method allows the statement as to whether the calibration of the pressure measuring system is within specified limits or whether it must be corrected. The proposed method further enables a calibration of the pressure measuring system as a function of the parameters given above both during flight operation and after or before further flight operations. In particular, the method enables permanent quality monitoring of the pressure measuring system in operational flight operations. Thus, the operation of the barometric altimeter can be checked by the method throughout the flight over all altitude ranges. The check can also be carried out on the ground at the same time or the monitoring result can be transmitted to a corresponding ground location. For example, air traffic control (air traffic control) can be informed that the height information of the aircraft is unreliable, so that appropriate measures can be taken. The numerical data required for the procedure (analysis data AN DAT / weather forecast data PROG DAT (t)) are at least every 12 hours ahead of the weather forecasts for days ahead, including the period of an upcoming flight and in time before the start, available.

Diese Wetter-Prognosedaten PROGDAT(t) können vor dem Start am Boden aus einem Datennetz auf einen Rechner an Bord des Fluggeräts und/oder einen Rechner eines Fluglotsen am Boden geladen werden. Vorteilhaft werden die Messdaten des Druckmesssystems: zAC(t) und/oder pAC(t) und des Satellitennavigationssystems: POSGNSS(t), zGNSS(t) online an eine Bodenstelle übermittelt und stehen dort für eine entsprechende Auswertung, wie vorstehend beschrieben, zur Verfügung. Somit kann sowohl im Fluggerät als auch an einer geeigneten Bodenstelle ermittelt werden, beispielsweise wie groß die Abweichung Δz(t) zwischen der vom Satellitennavigationssystem gemessenen Höhe zGNSS(t) und der auf Basis von Wetter-Prognosedaten PROGDAT(t) vorhergesagten und/oder der auf Basis der Wetter-Analysedaten ANDAT ermittelten Höhe zAN,PROG,(t) ist, sodass entsprechende Schlussfolgerungen gezogen und erforderlichenfalls Maßnahmen eingeleitet werden können.These weather forecast data PROG DAT (t) can be loaded before starting on the ground from a data network to a computer on board the aircraft and / or a computer of an air traffic controller on the ground. The measurement data of the pressure measuring system: z AC (t) and / or p AC (t) and of the satellite navigation system: POS GNSS (t), z GNSS (t) are advantageously transmitted online to a ground location and are there for a corresponding evaluation, as above described, available. Thus it can be determined both in the aircraft and at a suitable ground location, for example, how large the deviation .DELTA.z (t) between the height z GNSS (t) measured by the satellite navigation system and that predicted on the basis of weather forecast data PROG DAT (t) and / or the altitude determined on the basis of the weather analysis data AN DAT z AN, PROG , (t), so that appropriate conclusions can be drawn and, if necessary, measures can be taken.

Durch das vorgeschlagene Verfahren werden die in der Beschreibungseinleitung angeführten Nachteile der heute bekannten Verfahren zur Fehlererkennung in einem barometrischen Druckmesssystem eines Fluggeräts vermieden. So sind insbesondere keine zusätzlichen Flüge, keine speziellen Messeinbauten, und keine Dienstleistungen eines Navigationsdienstleisters erforderlich.The proposed method avoids the disadvantages mentioned in the introduction of the presently known methods for error detection in a barometric pressure measuring system of an aircraft. In particular, no additional flights, no special fair installations, and no services of a navigation service provider are required.

Bedarf an dem vorgeschlagenen Verfahren für Kalibrierungen von Druckmesssystemen gibt es bei Herstellern von Fluggeräten aller Art. Bei der Entwicklung neuer Fluggerätetypen werden im Rahmen der Flugerprobung zahlreiche Erprobungsflüge für vielerlei Zwecke durchgeführt. Das vorgestellte Verfahren kann hierbei zur Qualitätsüberwachung und unabhängigen Prüfung des Druckmesssystems des Fluggeräts eingesetzt werden. Bei der Modifikation von Fluggeräten, bei der Reparatur beschädigter Fluggeräte, bei der Neuzulassung eines Fluggeräts mit Anbauten, oder bei sonstigen Veränderungen der aerodynamischen Eigenschaften eines Fluggeräts ist das hier beschriebene Verfahren besonders kostengünstig, einfach und operationell anwendbar. Dies gilt insbesondere auch für Fluggeräte mit extremen Einsatzbereichen (Flughöhen und Geschwindigkeiten), bei denen entsprechende Flugversuche wegen fehlender Beobachter an Bord oder andere Vergleichsmöglichkeiten schwierig sind.There is a need for the proposed method for calibrations of pressure measuring systems with manufacturers of aircraft of all kinds. In the development of new types of aircraft in the context of flight testing numerous pilot flights are performed for many purposes. The presented method can be used here for quality control and independent testing of the pressure measuring system of the aircraft. When modifying aircraft, repairing damaged aircraft, re-registering an aircraft with attachments, or otherwise altering the aerodynamic characteristics of an aircraft, the method described herein is particularly inexpensive, simple, and operationally applicable. This is especially true for aircraft with extreme applications (altitudes and speeds), where appropriate flight tests are difficult because of lack of observers on board or other comparison options.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems, das zur Ermittlung eines statischen Druckes pAC(t) und/oder einer Druckhöhe zAC(t) eingerichtet und ausgeführt ist.A further aspect of the present invention relates to a device for determining a fault of a barometric pressure measuring system arranged on board an aircraft which is set up and designed to determine a static pressure p AC (t) and / or a pressure altitude z AC (t).

Die Vorrichtung umfasst ein an Bord des Fluggeräts angeordnetes Satellitennavigationssystem GNSS zur Ermittlung einer aktuellen Position POSGNSS(t) und einer Höhe zGNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t; eine Schnittstelle zur Bereitstellung von Wetter-Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP für die Position POSGNSS(t) und Höhe zGNSS(t); sowie eine Auswerteeinheit zur Ermittlung einer zum statischen Druck pAC(t) in den Wetter-Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten geopotentiellen Höhe zAN/PROG(t), und/oder zur Ermittlung eines zur Höhe zGNSS(t) in den Wetter-Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten statischen Drucks pAN/PROG(t); wobei die Auswerteeinheit weiterhin zur Ermittlung der Höhenabweichung Δz(t) = zGNSS(t)-zAN/PROG(t) und/oder der Druckabweichung Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t) sowie zur Ermittlung einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = zGNSS(t)-zAN/PROG(t) und/oder zur Ermittlung einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t) eingerichtet und ausgeführt ist. Schließlich weist die Vorrichtung eine Vergleichereinheit auf, die einen Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt feststellt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist, und die, sofern ein Fehler erkannt ist, ein Warnsignal erzeugt.The device comprises a satellite navigation system GNSS arranged on board the aircraft for determining a current position POS GNSS (t) and a height z GNSS (t) of the aircraft in a geodetic reference system at time t; an interface for providing weather analysis data AN DAT or weather forecast data PROG DAT of a weather forecasting numerical model NWP for the position POS GNSS (t) and altitude z GNSS (t); and an evaluation unit for determining a geopotential height z AN / PROG (t) assigned to the static pressure p AC (t) in the weather analysis data AN DAT or weather forecast data PROG DAT , and / or for determining a height z GNSS (t ) in the weather analysis data AN DAT or weather forecast data PROG DAT associated static pressure p AN / PROG (t); wherein the evaluation unit further for determining the height deviation .DELTA.z (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) and / or the pressure deviation .DELTA.p (t) = p AC (t) - p AN / PROG (t) and for determining a height deviation Δz * averaged over a period Δt from Δz (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) and / or for determining averaged over the period Δt Pressure deviation Δp * from Δp (t) = p AC (t) -p AN / PROG (t) is established and executed. Finally, the device has a comparator unit, which then detects an error of the pressure measuring system as detected when the average height deviation | Δz * | greater than or equal to a predetermined limit G1 or if the averaged pressure deviation | Δp * | greater than or equal to a predetermined limit G2 is, and, if an error is detected, generates a warning signal.

Die Vorrichtung ist insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens, wie vorstehend beschrieben ausgeführt und eingerichtet.The device is in particular designed and configured for carrying out a method as described above.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Druckmesssystem zur automatisierten Selbstkalibrierung des Druckmesssystems auf Basis der ermittelten Höhenabweichungen Δz(t) oder Δz* und/oder der ermittelten Druckabweichungen Δp(t) oder Δp* ausgeführt und eingerichtet ist, wobei diese Selbstkalibrierung durchgeführt wird, wenn von der Vergleichereinheit ein Fehler erkannt wurde und/oder das Warnsignal empfangen wurde.An advantageous development of the device is characterized in that the pressure measuring system for automated self-calibration of the pressure measuring system on the basis of the determined height deviations Δz (t) or Δz * and / or the determined pressure deviations Δp (t) or Δp * is executed and set up, this Self-calibration is performed when the comparator unit detected an error and / or the warning signal was received.

Die Schnittstelle, die Auswerteeinheit und die Vergleichereinheit sind in einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung an Bord des Fluggeräts angeordnet. Die Schnittstelle ist vorteilhaft mit einem Empfänger verbunden, der zum drahtlosen Empfang der Wetter-Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT ausgeführt und eingerichtet ist. Die Schnittstelle ist vorteilhaft mit einer Speichereinheit verbunden, auf der die Wetter-Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT speicherbar sind. Weiterhin vorteilhaft ist eine Kommunikationseinheit vorhanden, die das erzeugte Warnsignal und/oder die Größen: zGNSS(t) und/oder pAC(t) und/oder Δz(t) und/oder Δp(t) an eine Bodenstelle übermittelt. Vorteilhaft wird an der Bodenstelle nach Empfang des Warnsignals eine optisch, akustisch und/oder haptisch wahrnehmbare Warnung ausgegeben.The interface, the evaluation unit and the comparator unit are arranged in one embodiment of the proposed device on board the aircraft. The interface is advantageously connected to a receiver which is designed and set up for the wireless reception of the weather analysis data AN DAT or weather forecast data PROG DAT . The interface is advantageously connected to a memory unit on which the weather analysis data AN DAT or weather forecast data PROG DAT can be stored. Further advantageously, a communication unit is present which transmits the generated warning signal and / or the quantities: z GNSS (t) and / or p AC (t) and / or Δz (t) and / or Δp (t) to a ground location. Advantageously, an optically, acoustically and / or haptically perceptible warning is issued at the ground location after receiving the warning signal.

Vorteilhaft umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Zustandserfassungseinheit, die einen Zustand ZUST(t) des Fluggeräts ermittelt, wobei das Druckmesssystem die automatisierte Selbstkalibrierung abhängig vom Zustand ZUST(t) des Fluggeräts durchführt. Hierzu verfügt die Zustandserfassungseinheit über entsprechende Sensoren. Diese Sensoren sind derart ausgeführt, dass eine oder mehrere der folgenden Größen bestimmt werden können: Machzahl, Anstellwinkel, Gierwinkel, Rollwinkel, Gewicht des Fluggeräts, Schwerpunktslage, Klappenstellung, und/oder Fahrwerksstellung. Weiterhin ist die Zustandserfassungseinheit mit einer Speichereinheit verbunden, auf der die äußere aerodynamisch wirksame (Außen-)Form des Flugkörpers gegebenenfalls in Form von Merkmalen oder einer entsprechenden Kodierung abgespeichert ist. Mit der Außenform werden beispielsweise aerodynamisch wirksame Anbauten, Tankbehälter, Radome, Antennenanbauten etc. erfasst und somit bei der Kalibrierung des Druckmesssystems berücksichtigt.Advantageously, the device further comprises a state detection unit that determines a state ZUST (t) of the aircraft, wherein the pressure measurement system performs the automated self-calibration depending on the state of the aircraft Aux (t). For this purpose, the state detection unit has corresponding sensors. These sensors are designed such that one or more of the following variables can be determined: Mach number, angle of attack, yaw angle, roll angle, weight of the aircraft, center of gravity position, flap position, and / or chassis position. Furthermore, the state detection unit is connected to a memory unit on which the outer aerodynamically effective (outer) shape of the missile is optionally stored in the form of features or a corresponding coding. With the outer shape, for example, aerodynamically effective attachments, tank containers, radomes, antenna attachments, etc. are detected and thus taken into account in the calibration of the pressure measuring system.

Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der vorgeschlagenen Vorrichtung ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der in Zusammenhang mit dem beschriebenen Verfahren gemachten Ausführungen. Hierzu wird auf die vorangehenden Teile der Beschreibung verwiesen.Advantages and advantageous developments of the proposed device will be apparent from an analogous and analogous transmission of the statements made in connection with the described method. Reference is made to the preceding parts of the description.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fluggerät mit einer vorgeschlagenen Vorrichtung.The invention further relates to an aircraft with a proposed device.

Die Aufgabe der Erfindung ist weiterhin gelöst durch ein Computersystem mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, auf der Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.The object of the invention is further achieved by a computer system having a data processing device, wherein the data processing device is configured such that a method as described above is performed on the data processing device.

Zudem wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, wobei die Steuersignale so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, ausgeführt wird.In addition, the object of the invention is achieved by a digital storage medium with electronically readable control signals, wherein the control signals can interact with a programmable computer system so that a method as described above, is performed.

Ferner wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, wenn der Programmcode auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.Furthermore, the object of the invention is achieved by a computer program product with program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method, as described above, when the program code is executed on a data processing device.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Computer-Programm mit Programmcodes zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung abläuft. Dazu kann die Datenverarbeitungsvorrichtung als ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Computersystem ausgestaltet sein.Finally, the invention relates to a computer program with program codes for carrying out the method, as described above, when the program runs on a data processing device. For this, the data processing device can be configured as any known from the prior art computer system.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.

Es zeigen:

  • 1 ein schematisiertes Ablaufschema einer Variante des vorgeschlagenen Verfahrens,
  • 2 einen schematisierten Aufbau einer Variante der vorgeschlagenen Vorrichtung,
Show it:
  • 1 a schematic flow diagram of a variant of the proposed method,
  • 2 a schematic structure of a variant of the proposed device,

1 zeigt ein schematisiertes Ablaufschema einer Variante des vorgeschlagenen Verfahrens zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems. Das Verfahren umfasst folgende Schritte. 1 shows a schematic flow diagram of a variant of the proposed method for determining a fault of a arranged on board an aircraft barometric pressure measuring system. The method comprises the following steps.

In einem ersten Schritt 101 erfolgt ein Ermitteln einer aktuellen Position POSGNSS(t) und einer Höhe zGNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t mittels eines an Bord des Fluggeräts angeordneten Satellitennavigationssystems GNSS.In a first step 101 a determination is made of a current position POS GNSS (t) and a height z GNSS (t) of the aircraft in a geodetic reference system at time t by means of a satellite navigation system GNSS arranged on board the aircraft.

In einem zweiten Schritt 102 erfolgt mittels des Druckmesssystems ein Ermitteln eines statischen Druckes pAC(t) und/oder einer Druckhöhe zAC(t).In a second step 102 a static pressure p AC (t) and / or a pressure altitude z AC (t) is determined by means of the pressure measuring system.

In einem dritten Schritt 103 erfolgt für die Position POSGNSS(t) in bereitgestellten Wetter-Analysedaten ANDAT oder in bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP ein Ermitteln einer zum statischen Druck pAC(t) zugeordneten geopotentiellen Höhe zAN/PROG(t), und/oder für die Position POSGNSS(t) in den bereitgestellten Wetter-Analysedaten ANDAT oder in den bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROGDAT des numerischen Wetterprognosemodells NWP ein Ermitteln eines zur Höhe zGNSS(t) zugeordneten statischen Drucks pAN/PROG(t).In a third step 103 for the position POS GNSS (t) in provided weather analysis data AN DAT or in provided weather forecast data PROG DAT of a numerical weather forecast model NWP, determining a geopotential height z AN / PROG (t) associated with the static pressure p AC (t) and / or for the position POS GNSS (t) in the provided weather analysis data AN DAT or in the provided weather forecast data PROG DAT of the numerical weather forecast model NWP determining a static pressure p AN / PROG (z) associated with the height z GNSS (t) t).

In einem vierten Schritt 104 erfolgt ein Ermitteln der Höhenabweichung Δz(t) = zGNSS(t)-zAN/PROG(t) und/oder ein Ermitteln der Druckabweichung Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t).In a fourth step 104 the altitude deviation Δz (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) is determined and / or the pressure deviation Δp (t) = p AC (t) -p AN / PROG (t).

In einem fünften Schritt 105 erfolgt ein Ermitteln einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus ΔZ(t) = zGNSS(t) - zAN/PROG(t) und/oder ein Ermitteln einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t), wobei ein Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt gilt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist.In a fifth step 105 a determination is made of a height deviation Δz * averaged over a period Δt from ΔZ (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) and / or determination of a pressure deviation Δp * averaged over the period Δt from Δp (t) = p AC (t) - p AN / PROG (t), where an error of the pressure measuring system is considered to be recognized when the average height deviation | Δz * | greater than or equal to a predetermined limit G1 or if the averaged pressure deviation | Δp * | greater than or equal to a predetermined limit G2 is.

In einem sechsten Schritt 106 erfolgt ein Erzeugen eines Warnsignals sofern ein Fehler erkannt ist.In a sixth step 106 a warning signal is generated if an error is detected.

2 zeigt einen schematisierten Aufbau einer Variante der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems, das einen statischen Druck pAC(t) und/oder eine Druckhöhe zAC(t) ermittelt. Die Vorrichtung umfasst ein Satellitennavigationssystem 201 GNSS zur Ermittlung einer aktuellen Position POSGNSS(t) und einer Höhe zGNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t, eine Schnittstelle 202 mittels der Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP für die Position POSGNSS(t) und Höhe zGNSS(t) bereitgestellt werden, eine Auswerteeinheit 203 zur Ermittlung einer zum statischen Druck pAC(t) in den Wetter-Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten geopotentiellen Höhe zAN/PROG(t), und/oder zur Ermittlung eines zur Höhe zGNSS(t) in den Wetter-Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten statischen Drucks pAN/PROG(t); wobei die Auswerteeinheit weiterhin zur Ermittlung der Höhenabweichung Δz(t) = zGNSS(t) - zAN/PROG(t) und/oder der Druckabweichung Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t) sowie zur Ermittlung einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus ΔZ(t) = zGNSS(t) - zAN/PROG(t) und/oder zur Ermittlung einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t) eingerichtet und ausgeführt ist; und eine Vergleichereinheit 204, die einen Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt feststellt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist, und die, sofern ein Fehler erkannt ist, ein Warnsignal erzeugt. 2 1 shows a schematic structure of a variant of the proposed device for determining a fault of a barometric pressure measuring system arranged on board an aircraft, which determines a static pressure p AC (t) and / or a pressure altitude z AC (t). The device comprises a satellite navigation system 201 GNSS for determining a current position POS GNSS (t) and a height z GNSS (t) of the aircraft in a geodetic reference system at time t, an interface 202 by means of the analysis data AN DAT or weather forecast data PROG DAT of a numerical weather forecast model NWP for the position POS GNSS (t) and height z GNSS (t), an evaluation unit 203 for determining a geopotential height z AN / PROG (t) assigned to the static pressure p AC (t) in the weather analysis data AN DAT or weather forecast data PROG DAT , and / or for determining a height z GNSS (t) in the Weather analysis data AN DAT or weather forecast data PROG DAT associated static pressure p AN / PROG (t); wherein the evaluation unit further for determining the height deviation Δz (t) = z GNSS (t) - z AN / PROG (t) and / or the pressure deviation Δp (t) = p AC (t) - p AN / PROG (t) and for determining a height deviation Δz * averaged over a period Δt from ΔZ (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) and / or for determining a pressure deviation Δp * from Δp (t) = averaged over the period Δt p AC (t) -p AN / PROG (t) is set up and executed; and a comparator unit 204 , which then detects a fault of the pressure measuring system as detected if the average height deviation | Δz * | greater than or equal to a predetermined limit G1 or if the averaged pressure deviation | Δp * | greater than or equal to a predetermined limit G2 is, and, if an error is detected, generates a warning signal.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been further illustrated and explained in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exists. It is also to be understood that exemplified embodiments are really only examples that are not to be construed in any way as limiting the scope, applicability, or configuration of the invention. Rather, the foregoing description and description of the figures enable one skilled in the art to practice the exemplary embodiments, and those skilled in the art, having the benefit of the disclosed inventive concept, can make various changes, for example, to the function or arrangement of individual elements recited in an exemplary embodiment, without Protected area, which is defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanation in the description.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101 - 106101 - 106
Verfahrensschrittesteps
201201
Satellitennavigationssystem GNSSSatellite navigation system GNSS
202202
Schnittstelleinterface
203203
Auswerteeinheitevaluation
204204
Vergleichereinheitcomparator unit

Claims (10)

Verfahren zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems, mit folgenden Schritten: - Ermitteln (101) einer aktuellen Position POSGNSS(t) und einer Höhe zGNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t mittels eines an Bord des Fluggeräts angeordneten Satellitennavigationssystems GNSS; - mittels des Druckmesssystems Ermitteln (102) eines statischen Druckes pAC(t) und/oder einer Druckhöhe zAC(t), - für die Position POSGNSS(t) in bereitgestellten Wetter-Analysedaten ANDAT oder in bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP Ermitteln (103) einer zum statischen Druck pAC(t) zugeordneten geopotentiellen Höhe zAN/PROG(t), und/oder für die Position POSGNSS(t) in den bereitgestellten Wetter-Analysedaten ANDAT oder in den bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROGDAT des numerischen Wetterprognosemodells NWP Ermitteln (103) eines zur Höhe zGNSS(t) zugeordneten statischen Drucks pAN/PROG(t); - Ermitteln (104) der Höhenabweichung ΔZ(t) = zGNSS(t) - zAN/PROG(t) und/oder Ermitteln (104) der Druckabweichung Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t); - Ermitteln (105) einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = zGNSS(t) - zAN/PROG(t) und/oder Ermitteln (105) einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t), wobei ein Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt gilt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist; und - Erzeugen (106) eines Warnsignals sofern ein Fehler erkannt ist.Method for determining a fault of a barometric pressure measuring system arranged on board an aircraft, comprising the following steps: - determining (101) a current position POS GNSS (t) and a height z GNSS (t) of the aircraft in a geodetic reference system at time t by means of a satellite navigation system GNSS arranged on board the aircraft; by means of the pressure measuring system, determining (102) a static pressure p AC (t) and / or a pressure altitude z AC (t), - for the position POS GNSS (t) in provided weather analysis data AN DAT or in provided weather forecast data PROG DAT of a numerical weather forecast model NWP determining (103) a geopotential altitude z AN / PROG (t) associated with the static pressure p AC (t), and / or for the position POS GNSS (t) in the provided weather analysis data AN DAT or the weather forecast data PROG DAT provided by the numerical weather forecast model NWP determining (103) a static pressure p AN / PROG (t) associated with the height z GNSS (t); Determining (104) the height deviation ΔZ (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) and / or determining (104) the pressure deviation Δp (t) = p AC (t) -p AN / PROG ( t); Determining (105) a height deviation Δz * averaged over a period Δt from Δz (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) and / or determining (105) a pressure deviation Δp * averaged over the period Δt Δp (t) = p AC (t) -p AN / PROG (t), where an error of the pressure measuring system is considered to be detected when the average height deviation | Δz * | is greater than or equal to a predetermined limit value G1, or if the averaged pressure deviation | Δp * | is greater than or equal to a predetermined limit G2; and - generating (106) a warning signal if an error is detected. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erzeugte Warnsignal an Bord des Fluggeräts eine optisch, akustisch und/oder haptische wahrnehmbare Ausgabe des Warnsignals triggert, und/oder das erzeugte Warnsignal an eine Bodenstelle übermittelt wird, um dort weiterverarbeitet und/oder eine optisch, akustisch und/oder haptische wahrnehmbare Ausgabe des Warnsignals zu triggern.Method according to Claim 1 in which the generated warning signal triggers an audible, audible and / or haptic perceptible output of the warning signal on board the aircraft, and / or the generated warning signal is transmitted to a ground location, where it is further processed and / or an optical, acoustic and / or haptic to trigger perceptible output of the warning signal. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das geodätische Referenzsystem das WGS84-Referenzsystem mit dem Gravitationsmodell WGS84 oder EGM2008, oder das ETRS89-Referenzsystem ist.Method according to Claim 1 or 2 in which the geodetic reference system is the WGS84 reference system with the WGS84 or EGM2008 gravity model, or the ETRS89 reference system. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Satellitennavigationssystem GNSS ein differenzielles Satellitennavigationssystem ist.Method according to one of Claims 1 to 3 in which the satellite navigation system GNSS is a differential satellite navigation system. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Druckmesssystem bei einem erkannten Fehler eine automatisierte Selbstkalibrierung des Druckmesssystems durchführt.Method according to one of Claims 1 to 4 in which the pressure measuring system carries out an automated self-calibration of the pressure measuring system in the event of a detected fault. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem bei der automatisierten Selbstkalibrierung des Druckmesssystems ein ermittelter Zustand ZUST(t) des Fluggeräts berücksichtigt wird, wobei der Zustand ZUST(t) des Fluggeräts durch eine oder mehrere der folgenden Größen bestimmt wird: - Machzahl, - Anstellwinkel, - Gierwinkel, - Rollwinkel, - Gewicht des Fluggeräts, - Schwerpunktlage, - Konfiguration des Fluggeräts, - Klappenstellung, - Fahrwerksstellung.Method according to Claim 5 in which a determined state ZUST (t) of the aircraft is taken into account in the automated self-calibration of the pressure measuring system, wherein the state ZUST (t) of the aircraft is determined by one or more of the following variables: - Mach number, - angle of attack, - yaw angle, - Roll angle, - weight of the aircraft, - center of gravity, - configuration of the aircraft, - flap position, - chassis position. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das numerische Wetterprognosemodell NWP - Modelldruckflächen pk aufweist, für die zunächst Prognosedaten PROGRAWDAT(t) vorliegen, und wobei zur Ermittlung der Wetter-Prognosedaten PROGDAT(t) die Prognosedaten PROGRAWDAT(t) linear in der Zeit t und in geographischen Koordinaten und logarithmisch im Druckfeld des Wetterprognosemodell NWP hinsichtlich der Position POSGNSS(t) des Fluggeräts zwischen Modell-Halbdruckflächen Pk+1/2 = ak+1/2 + bk+1/2*psfc interpoliert werden, mit: k = 0, ..., K; Pk+1/2 = 0 für k= 0; psfc: statischer Druck am Boden für k=K; und ak+1/2, bk+1/2 konstante Koeffizienten; - eine von der Position POS und Höhe h abhängige Erdbeschleunigung g berücksichtigt; und - eine Geoid-Undulation berücksichtigt.Method according to one of Claims 1 to 6 in which the numerical weather forecast model has NWP model pressure areas p k , for which first prognosis data PROG RAWDAT (t) are present, and wherein for the determination of the weather forecast data PROG DAT (t) the prognosis data PROG RAWDAT (t) is linear in the time t and in geographical coordinates and logarithmically in the pressure field of the weather forecasting model NWP with respect to the position POS GNSS (t) of the aircraft between model half-pressure surfaces P k + 1/2 = a k + 1/2 + b k + 1/2 * p sfc interpolated with: k = 0, ..., K; P k + 1/2 = 0 for k = 0; p sfc : static pressure at the bottom for k = K; and a k + 1/2 , b k + 1/2 constant coefficients; - takes into account a gravitational acceleration g dependent on the position POS and height h; and - taking into account a geoid undulation. Vorrichtung zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems, das einen statischen Druck pAC(t) und/oder eine Druckhöhe zAC(t) ermittelt, umfassend: - Satellitennavigationssystem (201) GNSS zur Ermittlung einer aktuellen Position POSGNSS(t) und einer Höhe zGNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t, - eine Schnittstelle (202) mittels der Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP für die Position POSGNSS(t) und Höhe zGNSS(t) bereitgestellt werden, - eine Auswerteeinheit (203) zur Ermittlung einer zum statischen Druck pAC(t) in den Wetter-Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten geopotentiellen Höhe zAN/PROG(t), und/oder zur Ermittlung eines zur Höhe zGNSS(t) in den Wetter-Analysedaten ANDAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten statischen Drucks pAN/PROG(t); wobei die Auswerteeinheit weiterhin zur Ermittlung der Höhenabweichung Δz(t) = zGNSS(t) - zAN/PROG(t) und/oder der Druckabweichung Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t) sowie zur Ermittlung einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = zGNSS(t) - zAN/PROG(t) und/oder zur Ermittlung einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = pAC(t) - pAN/PROG(t) eingerichtet und ausgeführt ist; und - eine Vergleichereinheit (204), die einen Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt feststellt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist, und die, sofern ein Fehler erkannt ist, ein Warnsignal erzeugt.Device for determining a fault of a barometric pressure measuring system arranged on board an aircraft which determines a static pressure p AC (t) and / or a pressure altitude z AC (t), comprising: - satellite navigation system (201) GNSS for determining a current position POS GNSS (t) and a height z GNSS (t) of the aircraft in a geodetic reference system at time t, - an interface (202) is provided by means of the analysis data AN DAT or weather forecast data PROG DAT of a numerical weather forecast model NWP for the position POS GNSS (t) and height z GNSS (t), - an evaluation unit (203) for determining a static pressure p AC (t) in the weather analysis data AN DAT or weather forecast data PROG DAT associated geopotential altitude z AN / PROG (t), and / or to determine a height z GNSS (t) in the weather analysis data AN DAT or Weather forecast data PROG DAT associated static pressure p AN / PROG (t); wherein the evaluation unit further for determining the height deviation Δz (t) = z GNSS (t) - z AN / PROG (t) and / or the pressure deviation Δp (t) = p AC (t) - p AN / PROG (t) and for determining a height deviation Δz * averaged over a period Δt from Δz (t) = z GNSS (t) -z AN / PROG (t) and / or for determining a pressure deviation Δp * from Δp (t) = averaged over the period Δt p AC (t) -p AN / PROG (t) is set up and executed; and - a comparator unit (204) which detects an error of the pressure measuring system as detected when the average height deviation | Δz * | is greater than or equal to a predetermined limit value G1, or if the averaged pressure deviation | Δp * | is greater than or equal to a predetermined limit value G2, and, if an error is detected, generates a warning signal. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei dem das Druckmesssystem derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass es bei einem erkannten Fehler basierend auf gemittelten der Höhenabweichung Δz* und/oder der gemittelten Druckabweichung Δp* eine automatisierte Selbstkalibrierung des Druckmesssystems durchführt.Device after Claim 8 in which the pressure measuring system is designed and arranged such that it carries out an automated self-calibration of the pressure measuring system based on an averaged error of the height deviation Δz * and / or the averaged pressure deviation Δp *. Fluggerät mit einer Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9.Aircraft with a device after Claim 8 or 9 ,
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